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알고보면 놀라운 금속 ‘리튬(Lithium)’

  • 2015.06.15.
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알고 보면 놀라운 금속 리튬

 

오늘날 사용하는 스마트폰을 비롯해 전자사전, mp3, 보조배터리 등 많은 전자기기들이 리튬 이온 전지들을 사용합니다.

지난 2011년에는 우리나라 정부와 남미의 볼리비아가 리튬 자원 개발 및 산업화 연구에 한국 기업이 참여하는데 합의하고, 합작 사업을 위한 양해 각서를 채결한 바가 있습니다.

그런데 여기서 하나 궁금한 점이 있습니다.
도대체 리튬이 뭐길래 저 먼 해외까지 나가서 개발을 하려고 하는 것일까요?

전자기기의 배터리 말고도 따로 쓰이는 용도가 있는 걸까요?

그런 의미에서 오늘은 ‘리튬’에 대해 이야기해보려 합니다.

 

◆ 리튬(Lithium)의 특성

리튬(Lithium)은 원자번호 3번의 원소로, 원소기호는 Li입니다.
가장 가벼운 금속 원소이며, 주기율표에서는 알칼리금속에 속하는 은백색의 금속입니다.

리튬은 고체 원소 중에서는 밀도가 가장 낮기도 한데, 다른 알칼리 금속과 마찬가지로, 물, 산소와 잘 반응하며 자연 상태에서는 화합물로만 존재합니다. 현대 우주론에 따르면, 우주 생성의 대폭발(빅뱅) 때 수소, 헬륨과 더불어 생성된 원소이나, 핵의 안정성이 크지 않아 대부분 파괴되어 현재 지각에서의 존재량은 무게 비율로 0.002~0.007% 정도뿐입니다.

리튬의 강도는 칼로 자를 수 있을 정도로 무른 편이나, 알루미늄이나 마그네슘과의 합금은 매우 가볍고 강하여 항공기 부품 재료로도 사용되며, 냉전 시대에는 수소 폭탄 제조와 연관하여 큰 관심을 끌기도 하였습니다.

20세기 후반부터 리튬 전지와 리튬 이온 2차 전지의 양극 물질로 사용되어 휴대용 전자 제품의 혁신을 가져왔으며, 전기 자동차의 대중화를 위한 필수적인 원소로 자리매김하였습니다.

 

리튬은 어떻게 발견되었을까?

 

◆ 리튬 어떻게 발견되었을까?

스웨덴의 베르셀리우스(J.J.Berzelius) 연구실의 젊은 조수였던 아르프베드손(J.A.Arfwedson)이 1817년에 리튬 장석(petalite: LiAlSi4O10)에서 처음 발견하였습니다.

아르프베드손은 새로 발견된 원소가 당시 알려진 알칼리 금속인 소듐(Na), 포타슘(K)과 비슷한 형식의 화합물들을 형성하나, 이의 탄산염과 수산화물은 물에 대한 용해도가 낮음을 발견하였고, 베르셀리우스는 소듐과 포타슘이 식물에서 발견된 것과는 달리, 이 알칼리 원소는 고체 광석에서 발견된 것을 나타내기 위해 ‘암석(돌)’을 뜻하는 그리스어 ‘lithos’에서 가져와 리튬(lithium)이라 이름을 붙였습니다.

이후 1821년에 브란드(W.T.Brande)는 산화 리튬(Li2O)을 전기분해시켜 금속 리튬을 처음으로 분리하였고, 이후 리튬을 시대를 거치면서 다양한 용도로 사용되었습니다.

 

리튬의 사용용도

 

◆ 리튬의 용도

리튬은 지금까지 어떻게 이용이 되었을까요?
세계 제2차 대전 전후에는 항공기 등에 사용되는 고온 윤활제로, 리튬의 스테아린산 염이 이 목적으로 주로 사용되었습니다.

냉전 시대에는 핵융합 무기(수소 폭탄) 제조용으로 6Li이 많은 관심을 끌기도 하였으며, 리튬의 화합물들은 도자기 유약과 알루미늄 제련의 융제(flux)로, 그리고 의학용으로는 항우울제로 사용됩니다.

금속 리튬알루미늄 혹은 마그네슘과의 합금은 가벼우면서 강도가 높아 항공기 제작에 사용 됩니다.

이외에도 수분 제거제, 광학 및 통신 재료 등에 여러 가지 리튬 화합물이 사용되며, 로켓에서는 리튬 금속 및 이의 수소화물이 추진제의 첨가물로도 사용됩니다.

1980년대로 들어서면서 리튬 전지의 양극 물질로 중요하게 사용되었습니다.
리튬 전지의 전압 3V로 망간 전지의 1.5V의 2배로 에너지 밀도가 높아 휴대용 전자 기기에 널리 사용되고 있습니다.

2000년대에는 충전이 가능한 리튬 이온 2차 전지가 카메라, 노트북 PC, 휴대폰 등 많은 휴대용 전자 제품을 가볍게 하였고, 한번 충전으로 장시간 계속 사용할 수 있게 되었습니다.

 

우리는 전기차를 이용해 실제로 생활하게 될 날이 그렇게 먼 미래인 것만은 아닙니다.

전기차에 대한 개발은 끊임없이 이뤄지고 있고 또 자동차 행사 때마다 수시도 새로운 전기차가 등장하고 있습니다.

지금도 하이브리드 자동차라고 해서 저속 주행 시 전기모터를 이용해 움직이는 자동차가 우리 생활에 일부로 자리 잡았습니다.
앞으로는 어떻게 리튬이 이용될지 궁금해집니다.

 

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